Misteri Semburan Sinar Gamma dari Galaksi Jauh, Diungkap Hubble

Jauh pada masa lalu di alam semesta jauh, fenomena semburan sinar gamma telah melepaskan lebih banyak energi hanya dalam waktu setengah detik daripada energi yang dihasilkan Matahari kita selama total 10 miliar tahun masa kehidupannya. Dan baru pada bulan Mei 2020, cahaya yang berasal dari semburan sinar gamma akhirnya mencapai Bumi dan pertama kali terdeteksi oleh Observatorium Swift Neil Gehrels NASA.
 
Para astronom kemudian segera meminta jajaran teleskop lain, termasuk Teleskop Antariksa Hubble NASA, Observatorium Radio Very Large Array, Observatorium W. M. Keck dan jaringan Las Cumbres Observatory Global Telescope, untuk mempelajari galaksi induk dan dampak semburan sinar gamma dimaksud. Dari jajaran teleskop, ternyata hanya observasi Hubble yang mengejutkan para astronom.

Citra cahaya kilonova yang dihasilkan oleh penggabungan dua bintang neutron. Skala kecerahan kilonova yang mencapai 10.000 kali nova tipikal, ditampilkan sebagai titik terang (panah merah) di kiri atas galaksi induk. Penggabungan dua bintang neutron diyakini telah menghasilkan magnetar yang memiliki medan magnet sangat kuat. Energi dari magnetar menerangi material yang dilepaskan ledakan.

Kredit: NASA, ESA, W. Fong (Universitas Northwestern) dan T. Laskar (Universitas Bath, Inggris)

 
Berdasarkan observasi panjang gelombang radio dan sinar-X radio dari jajaran observatorium lain, para astronom justru dibingungkan dengan observasi Hubble, yaitu emisi inframerah-dekat yang ternyata 10 kali lebih terang dari yang diperkirakan sebelumnya. Hasil observasi Hubble dianggap menantang teori konvensional tentang apa yang seharusnya terjadi selama semburan sinar gamma singkat. Barangkali observasi Hubble telah mengungkap kelahiran bintang neutron masif magnetik yang disebut magnetar.
 
“Observasi Hubble tidak sesuai dengan penjelasan tradisional untuk semburan sinar gamma singkat,” ungkap penanggung jawab studi Wen-fai Fong dari Northwestern University di Evanston, Illinois. “Tidak sesuai dengan apa yang kami ketahui tentang emisi radio dan sinar-X dari semburan. Emisi inframerah-dekat yang ditemukan Hubble terlalu terang. Seolah menyusun setiap kepingan puzzle semburan sinar gamma secara utuh, ada satu keping yang tidak pas.”
 
Tanpa Hubble, semburan sinar gamma akan terlihat seperti banyak semburan tipikal lainnya, bahkan Fong bersama tim tidak akan mengetahui karakteristik aneh panjang gelombang inframerah. “Sungguh menakjubkan, setelah 10 tahun mempelajari fenomena serupa, kami menemukan karakteristik yang belum pernah terjadi sebelumnya.” Fong menambahkan. “Temuan aneh yang mengungkap variasi ledakan yang dihasilkan alam semesta, sungguh mengasyikan.”
 
Cahaya Fantastis
 
Kilatan intens sinar gamma dari semburan tampaknya berasal dari berkas sempit (jet) material yang merambat hampir secepat cahaya. Jet tidak mengandung massa yang besar --mungkin hanya sepersejuta massa Matahari-- tetapi karena bergerak sangat cepat, mereka melepaskan energi masif pada seluruh panjang gelombang cahaya. Semburan sinar gamma khusus tersebut adalah salah satu sampel langka karena para astronom dapat mendeteksi cahaya di seluruh spektrum elektromagnetik.

Ilustrasi tahap kilonova yang ditenagai oleh magnetar, menghasilkan skala puncak  kecerahan yang mencapai 10.000 kali lipat nova tipikal. 1) Dua bintang neutron yang saling mengorbit semakin memangkas jarak. 2) Mereka menyatu dan memicu ledakan yang melepaskan lebih banyak energi hanya dalam waktu waktu setengah detik daripada energi yang dihasilkan Matahari kita selama total 10 miliar tahun masa kehidupannya. 3) Penyatuan dua bintang neutron menghasilkan magnetar yang memiliki medan magnet luar biasa kuat. 4) Magnetar menyalurkan energi ke material yang terlepas, menyebabkan material bersinar terang secara tak terduga pada panjang gelombang inframerah.

Kredit: NASA, ESA, dan D. Player (STScI)

 
“Saat data masuk, kami segera menyusun gambaran mekanisme yang menghasilkan cahaya yang kami amati,” kata rekan penulis makalah ilmiah Tanmoy Laskar dari Universitas Bath di Inggris. “Setelah memperoleh observasi Hubble, kami harus sepenuhnya mengubah cara berpikir kami, karena informasi yang ditambahkan Hubble mengarahkan kami untuk membuang pemikiran konvensional, mengingat telah berlangsung sebuah fenomena baru. Lalu kami harus mengungkap apa yang terjadi di balik ledakan yang sangat energik secara fisika.”
 
Semburan sinar gamma --fenomena kosmik paling energik dan eksplosif-- yang berlangsung singkat, dibagi menjadi dua kelas berdasarkan durasi sinar gamma.
 
Jika durasi emisi sinar gamma melampaui dua detik, maka disebut semburan sinar gamma lama dan diketahui dihasilkan oleh inti bintang masif yang runtuh. Para astronom mengharapkan ledakan supernova menyertai jenis semburan sinar gamma yang lebih lama ini.
 
Jika emisi sinar gamma berlangsung kurang dari dua detik, maka disebut semburan sinar gamma singkat dan diduga dihasilkan oleh penggabungan antara dua bintang neutron, bintang padat hanya seukuran sebuah kota, namun menampung massa setara dengan Matahari kita. Karena begitu padat, satu sendok teh material dari bintang neutron setara dengan bobot satu miliar ton. Pada umumnya, penggabungan antara dua bintang neutron diperkirakan menghasilkan lubang hitam.
 
Penggabungan antara bintang neutron sangat jarang terjadi, tetapi dianggap sangat penting oleh para astronom karena mungkin menjadi salah satu sumber utama unsur berat di alam semesta, seperti emas dan uranium.
 
Bersamaan dengan semburan sinar gamma singkat, para astronom berharap untuk melihat kilonova” yang skala puncak kecerahannya kerap mencapai 1.000 kali nova tipikal. Kilonova adalah emisi cahaya optik dan inframerah unik dari peluruhan radioaktif unsur-unsur berat karena penggabungan dua bintang neutron atau penggabungan bintang neutron dengan lubang hitam kecil.
 
Monster Magnetik?
 
Bersama tim, Fong telah membahas beberapa kemungkinan untuk menjelaskan kecerahan janggal yang diamati Hubble. Sementara semburan sinar gamma yang paling singkat diduga menghasilkan lubang hitam, dalam kasus ini penggabungan dua bintang neutron mungkin telah membentuk magnetar, bintang neutron supermasif dengan medan magnet yang sangat kuat.
 
“Pada dasarnya kita mempunyai medan magnet yang berlabuh ke bintang yang berotasi sekitar seribu kali per detik, dan aktivitas itu menghasilkan angin bermagnet,” jelas Laskar. “Pusaran garis-garis medan mengekstraks energi rotasi dari penggabungan bintang neutron, sekaligus menyimpan energi ke material yang dilepaskan ledakan, menyebabkan material bersinar lebih terang.”

Dua gambar yang diambil pada tanggal 26 Mei dan 16 Juli 2020, memperlihatkan cahaya redup dari sebuah kilonova yang terletak di galaksi jauh. Kilonova muncul sebagai sebuah titik di kiri atas galaksi induk. Kilau cahaya terlihat jelas pada gambar 26 Mei tetapi memudar pada gambar 16 Juli. Skala puncak kecerahan kilonova mencapai 10.000 kali nova klasik. Penggabungan dua bintang neutron pemicu kilonova, diyakini telah menghasilkan magnetar yang memiliki medan magnet sangat kuat. Energi dari magnetar menerangi material yang dilepaskan ledakan dan terdeteksi pada panjang gelombang inframerah.

Kredit: NASA, ESA, W. Fong (Northwestern University), T. Laskar (Universitas Bath, UK), dan A. Pagan (STScI)

 
Jika peningkatan skala kecerahan berasal dari magnetar yang mengendapkan energi ke material kilonova, maka dalam beberapa tahun ke depan tim mengharapkan ledakan juga menghasilkan cahaya yang bisa dideteksi pada panjang gelombang radio. Observasi tindak lanjut panjang gelombang radio pada akhirnya dapat membuktikan bahwa objek dimaksud adalah magnetar, sekaligus berpotensi menjelaskan asal mulanya.
 
“Karena sangat sensitif pada panjang gelombang inframerah-dekat, Hubble seharusnya dapat mengungkap asal usul ledakan,” jelas Fong. “Bahkan Hubble mampu mengambil gambar hanya tiga hari setelah ledakan. Melalui serangkaian gambar berikutnya, Hubble menunjukkan sebuah sumber yang memudar setelah ledakan, berlawanan dengan sumber yang statis. Melalui observasi Hubble, kami tak sekadar menemukan sumber, tetapi juga menemukan sesuatu yang sangat terang dan unik. Resolusi sudut Hubble juga menjadi kunci untuk menentukan posisi ledakan dan secara akurat mengukur cahaya yang berasal dari penggabungan.”
 
James Webb, teleskop antariksa masa depan besutan NASA akan ideal untuk mempelajari fenomena ini. “Webb akan sepenuhnya merevolusi studi terkait fenomena serupa,” pungkas Edo Berger, peneliti utama program Hubble dari Universitas Harvard di Cambridge, Massachusetts. “Dengan tingkat sensitivitas inframerah tangguh, Webb tak sekadar mampu mendeteksi emisi semacam itu pada jarak yang lebih jauh, tetapi juga menyediakan informasi spektroskopi rinci yang akan menyelesaikan karakteristik emisi inframerah.”
 
Makalah ilmiah yang melaporkan hasil penelitian akan dipublikasikan di The Astronomical Journal edisi berikutnya.
 
Ditulis oleh: Staf www.nasa.gov, editor: Lynn Jenner
 
Sumber: NASA's Hubble Sees Unexplained Brightness from Colossal Explosion
 
#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa